Cosmic ray escape from supernova remnants
银河系的宇宙射线被认为是在超新星遗迹中通过扩散激波加速而被加速的。虽然这一机制对在激波处加速的粒子的光谱给出了相当可靠的预测，但最终注入星际介质的宇宙射线的光谱则更加不确定，并取决于粒子从激波逃逸过程的细节。了解这些逃逸粒子的光谱形状对于评估超新星遗迹范式对宇宙射线起源的有效性至关重要。此外，从超新星遗迹逃逸后，宇宙射线与周围的气体相互作用，在遗迹附近产生伽马射线。对这种辐射的探测可以作为超新星遗迹在过去确实加速了宇宙射线这一事实的间接证据。
2011-08-24 astro-ph.HE
Cosmic-ray acceleration and escape from post-adiabatic Supernova remnants
已知超新星遗迹会加速宇宙射线，因为它们会发射非热的无线电波、X射线和伽马射线。虽然有许多关于超新星遗迹中宇宙射线加速的模型，但宇宙射线从这些来源的逃逸还没有得到充分的研究。我们使用我们的含时加速程序RATPaC来研究宇宙射线的加速和它们在后绝热超新星遗迹中的逃逸，并计算了随后由逆康普顿散射和π介子衰变产生的γ射线辐射。我们进行了球对称的1-D模拟，其中我们同时解决运输方程的CR，磁湍流，热等离子体的流体动力学流动在一个足够大的体积，以保持所有的CR在模拟。通过宇宙线梯度和宇宙射线的空间扩散系数耦合了宇宙线和磁湍流的输运方程，而宇宙线对激波结构的反馈可以忽略。我们的模拟跨度100 kyrs，从而涵盖了残余物的演变，直到开始的后绝热阶段。在演化的后期阶段，能量范围很广的宇宙射线可以驻留在残骸之外，产生比标准DSA预测的更软的光谱，并在10-100 GeV范围内出现特征断裂。释放到星际介质中的宇宙射线的总光谱在大约10 GeV以上的光谱指数为s~2.4，这接近银河系传播模型所需的光谱指数。我们进一步发现，伽马射线的亮度在4,000年左右达到峰值，这是逆康普顿主导的高能发射。在低密度介质中膨胀的残余物通常会发出更多的逆康普顿辐射，这与已知最明亮的超新星遗迹-RCW 86，Vela Jr，HESSJ 1731 -347和RXJ1713.7-3946 -都在低密度环境中膨胀的事实相匹配。
2019-12-03 astro-ph.HE
$γ$-Cygni supernova remnant in $γ$-rays: signatures of trapped and escaped Cosmic Rays
本文重新分析天鹅座γ超新星遗迹的15年费米数据，用强子场景解释两个延展源能谱差异源于逃逸与被俘获宇宙线的分子云质量比不同，并论证脉冲星晕存在可能性低但无法完全排除。
2025-07-05 astro-ph.HE
Time-dependent escape of cosmic rays from supernova remnants potentially at the origin of the very-high-energy cosmic-ray gradient of the Galactic center
用HE.S.S.表明存在明显的宇宙射线（CR）梯度峰值在银河系中心（GC）。以前的研究表明，这些数据是一致的情况下，CR扩散远离一个固定的源在GC。我们以前表明，考虑到三维气体分布和超新星爆炸的实际分布，在超新星遗迹（SNR）中加速的CR应该占H.E.S.S.观测到的GC CR的很大一部分;但是该模型没有完全再现内部30 μ c中的表观过密度。在这项工作中，我们研究的时间-能量依赖的宇宙射线逃逸的残余物，预计将发生时，冲击波在周围介质中减速。我们表明，由此产生的CR分布遵循H.E.S.S.更近了主要的特征是，依赖于能量的逃逸产生了伽马射线发射的形态与能量的强烈依赖性。这种能量依赖性的存在应该可以通过切伦科夫望远镜阵列观察到。
2020-10-31 astro-ph.HE
Time-Dependent Escape of Cosmic Rays from Supernova Remnants, and their Interaction with Dense Media
上下文超新星遗迹被认为是银河系宇宙射线的主要来源。在SNR的演变过程中，大部分CR被限制在SNR壳内。最高能量的粒子不断地离开系统，而剩余的冷却粒子则在SNR充分膨胀和减速时被释放出来，这样激波处的磁场就不再能够限制它们了。从母体系统逃逸出来的粒子可能会与附近的分子云相互作用，通过π介子衰变产生$γ$ -射线。然而，观察到的软伽马射线光谱与分子云相互作用的一些SNR，挑战目前的非线性粒子加速理论，预测更硬的光谱。目标。我们研究逃逸粒子的光谱如何依赖于随时间变化的加速历史，在类型Ia和核心崩溃信噪比，以及不同的假设扩散系数在附近的SNR。方法.我们解决了CR输运方程的测试粒子的方法结合SNR演化的数值模拟。结果我们扩展我们的方法来计算宇宙射线加速在信噪比跟踪逃逸粒子在一个大的体积周围信噪比。我们计算了两种扩散模型的CR光谱的演变，从SNR逃逸到分子云或致密壳层。我们发现一个强大的限制CR在一个封闭的区域周围的SNR，和一个强大的稀释效应的CR，能够传播到几个SNR半径。
2012-04-17 astro-ph.HE
From cosmic ray source to the Galactic pool
银河宇宙射线谱是一个非常直的幂律。我们目前的理解是，宇宙射线加速到膝盖（$3 \times 10^{15}$ eV）甚至脚踝（$3 \times 10^{18}$ eV）的主要来源是年轻的银河系超新星遗迹。然而，在理论上，对于不同的源，频谱可能不同，并且如果在最有效的加速阶段应用非线性冲击加速，则可能甚至不是幂律，这有各种原因。我们展示了加速器的光谱是如何转换成组成逃逸宇宙射线的光谱的，逃逸宇宙射线补充了银河系的宇宙射线池。我们假设宇宙射线的约束和逃逸与磁场放大的水平有关，并且磁场被根据非共振混合或共振不稳定性流动的宇宙射线放大。当能量的固定部分转移到宇宙射线时，结果是比$E^{-2}$更平坦的源谱将导致$E^{-2}$逃逸谱，而更陡的源谱将导致具有相同陡度的逃逸谱。这说明了一些可能引起的关注，从预期的平坦或凹宇宙射线谱与非线性冲击修改。
2013-10-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
An Alternative Explanation of the Varying Boron to Carbon in Galactic Cosmic rays
有人认为，银河系宇宙射线中硼碳丰度比随能量的下降，部分是由于在银河系圆盘的给定区域中通过冲击加速可获得的最大能量与逃逸前穿过的克重之间的相关性。在这种情况下，从银河系逃逸率的能量依赖性可能比以前认为的要小，反质子的光谱变得更容易理解。
2017-08-16 astro-ph.HE
Non-linear diffusion of cosmic rays escaping from supernova remnants - II. Hot ionized media
本文研究了宇宙射线从完全电离的热态星际介质中逃逸和输运的问题。特别是，我们考虑到激励Alfvénic湍流CR流和机制阻尼自激湍流本身的CR逃逸及其在源附近的传播模型。我们的逃逸半径和时间的估计结果在大的值（100 pc，$2\times10^5$ yr）粒子能量$\lesssim20$ GeV和较小的值粒子的能量增加（35 pc和14 kyr在1 TeV）。这些逃逸时间和半径，当用作初始条件的CR传播外的源，导致相关的抑制扩散系数（由一个因素5-10）的时间尺度与他们的（能量依赖）逃逸时间尺度相当。阻尼机制足够快，即使在较短的时间尺度上，阿尔夫文湍流也能有效地阻尼，磁场的随机和有序分量之间的比值为$δB/B_0\ll 1$，证明了准线性理论的使用。尽管扩散系数受到抑制，在其源附近的停留时间增加（<200 pc），但由于HIM的密度较低，与在整个银河系扩散时积累的克重相比，发现CR逃逸后积累的克重可以忽略不计（在所有能量下）。
2019-03-07 astro-ph.HE
Cosmic-ray production from neutron escape in microquasar jets
银河系宇宙射线的起源仍然是一个有争议的问题，但超新星遗迹通常被认为是高能宇宙射线加速的主要场所。然而，目前的模型预测的宇宙射线光谱与观测结果不符，加速机制的效率仍然无法确定。另一方面，其他类型的源对银河系宇宙射线总数的贡献仍然不清楚，值得研究。在这项工作中，我们探索了一种新的机制，通过这种机制，微类星体可能产生宇宙射线。在这种情况下，微类星体喷流产生相对论中子，这些中子逃逸到系统外并衰变;当这些中子衰变时产生的质子和电子作为宇宙射线逃逸到星际介质。最有希望的情况出现在极亮系统（$L_\mathrm{jet} \sim 10^{40}\,\mathrm{erg \, s}^{-1}$）中，其中宇宙射线中沉积的喷流功率部分可以达到$\sim 0.001$。慢喷流（$Γ\lesssim 2$，其中$Γ$是体洛伦兹因子）有利于中子的产生。由此产生的宇宙射线谱对于质子和电子来说是相似的，它们以中子衰变给出的比率共享功率。光谱的峰值大约在喷流中相对论质子最小能量的一半处;在这个能量以上是软的（光谱指数$\sim 3$），在这个能量以下几乎是平的。在我们的模型中，宇宙射线的谱指数值可能比$2$陡，这些值确实与解释银河系宇宙射线的谱特征所需的值一致，尽管只有最极端的微类星体才能提供与典型超新星遗迹相当的能量。这项工作中探索的机制可能在早期宇宙中提供更强和更软的宇宙射线源，因此有助于星系际介质的加热…
2021-04-24 astro-ph.HE
Alfven Wave Amplification and Self-Containment of Cosmic-Rays Escaping from a Supernova Remnant
通过数值求解从激波前缘附近到远离激波前缘区域的扩散-对流方程，研究了在超新星遗迹（SNR）处加速的宇宙射线（CR）质子的逃逸。考虑了逃逸CR粒子产生的Alfven波的放大及其对CR逃逸到星际介质的影响。我们发现，波的放大显着延迟逃逸的粒子，甚至远离冲击波阵面（在SNR的规模）。这意味着通过在SNR周围的分子云处的伽马射线观测测量的CR粒子的能谱受到波的粒子散射的严重影响。
2011-05-03 astro-ph.HE
Escape model for Galactic cosmic rays and an early extragalactic transition
我们表明，宇宙射线（CR）膝盖可以完全解释能量依赖的CR泄漏从银河系，与所有现有的数据非常适合。我们测试这一假设计算在银河系磁场的个人CR的轨迹。我们发现，CR逃逸时间$τ_{\rm esc}(E)$表现出膝状结构周围$E/Z={\rm few}\times 10^{15}$ eV的小相干长度和强度的湍流磁场。所得的强度为不同组的核是一致的KASCADE和KASCADE-Grande确定的，使用简单的幂律注入光谱。从银河系到河外CR的过渡在$\approx 2\times 10^{18}$ eV处终止，而河外CR对$\gtrsim 2\times 10^{16}$ eV处的次优势质子通量有相当大的贡献。在这个模型中，在中能区到脚踝的河外CR的自然来源是正常星系和星暴星系。逃逸模型提供了一个很好的$\ln(A)$数据拟合，它预测的CR偶极子的相位变化强烈的能量范围之间的$1\times 10^{17}$和$3\times 10^{18}$ eV，而我们的估计的偶极子幅度是一致的观察。
2015-05-06 astro-ph.HE
Escape of cosmic rays from perpendicular shocks in the circumstellar magnetic field
本文通过测试粒子模拟研究了宇宙线在超新星遗迹垂直激波中的逃逸过程，发现无磁场放大时最大能量由星风区磁场强度决定，约为10-100 TeV，并指出WR星风环境可贡献PeV宇宙线。
2023-04-05 astro-ph.HE
Escape and Trapping of Low-Frequency Gravitationally Lensed Rays by Compact Objects within Plasma
本文研究了在等离子体密度为$\propto r^{-h}$的幂律分布中致密天体（CO）辐射的引力透镜效应。对于最简单的球对称冷非磁化等离子体云的情况，等离子体的发散效应和引力透镜的会聚效应相互竞争。当$h<2$，等离子体效应占主导地位的真空史瓦西曲率，潜在的移动半径的不稳定的圆形光子轨道外的表面的CO。当这种情况发生时，我们定义了两个相对较窄的射频频带中，等离子体效应是特别显着的。逃逸窗口中的光线具有$ω_{0} < ω\leq ω_{+}$，并且可以自由地从CO表面传播到无穷远。对于远处的观察者，CO表面的可见部分似乎随着观察到的频率降低而收缩，并且在超过CO表面处的等离子体频率的$ω_{0}$处完全消失。我们定义了频率$ω_{-}< ω\leq ω_{0}$的异常传播窗口。在这个频率范围内，从CO表面发出的光线主要由等离子体的光学效应控制，并弯曲回到CO表面，有效地掩盖了遥远观测者的恒星。最后，我们的中子星（NS）的紧凑性比的各种核物质状态方程（EoS）的研究。对于$h=1$，从刚性EoS生成的NS应在EW中显示出显著的频率依赖性，并且具有较软EoS的较低的$h$值也可以显示出这些效应。
2017-01-20 astro-ph.HE gr-qc
Newly-born pulsars as sources of ultrahigh energy cosmic rays
新生的中子星提供了注入重核的有利场所，并使它们进一步加速到高能。一旦在脉冲星风中加速，原子核就必须从周围的超新星包层中逃逸。我们研究这种逃逸分析和数值，并讨论脉冲星源的情况下，最新的高能宇宙线（UHECR）的数据。我们的计算表明，在早期，当质子可以被加速到能量E>10^20 eV时，年轻的超新星壳层往往会阻止它们逃逸。相比之下，由于它们的电荷更高，铁峰核在稍后的时间仍然被加速到最高观测能量，当包层变得足够薄以允许它们逃逸时。超高能铁原子核可以从新诞生的具有毫秒周期和偶极磁场为~10^（12-13）G的超新星中逃逸出来。由于次级核子的产生，包线交叉导致了在几个EeV处从轻元素到重元素的成分转变，正如俄歇天文台所观察到的那样。逃逸还导致比最初经由单极感应注入的光谱斜率更软的光谱斜率，这允许与观察到的UHECR光谱良好拟合。我们的结论是，在一个合理的小部分（< 0.01%）的河外旋转动力的年轻恒星中，铁峰元素的加速将令人满意地再现当前的UHECR数据。这种情况下可能的签名进行了讨论。
2012-01-25 astro-ph.HE
Core-collapse model of broadband emission from SNR RX J1713.7-3946 with thermal X-rays and Gamma-rays from escaping cosmic rays
我们提出了一个球对称的，核心崩溃模型的SNR RX J1713.7-3946，其中包括一个流体动力学模拟的残余物的演变耦合到宇宙射线（CR）的非线性扩散冲击加速（DSA）的有效生产。从前向激波（FS）中逃逸出来的高能CR在周围的致密物质中传播，这些物质模拟了一个被掠起的前超新星壳层或附近的分子云。从捕获和逃逸的CR的连续发射，以及从后面的FS的冲击加热ISM的热X射线发射，集成的残余物，与宽带观测进行比较。我们的结果最终表明，总体而言，如果超新星被隔离，无论其类型如何，GeV-TeV发射都由CR电子的逆康普顿主导，即，不与>>100 Msun壳或云相互作用。如果SNR与大于10^4 Msun的更大质量相互作用，则逃逸CR的π介子衰变可能会主导TeV的发射，尽管在高能量下的精确拟合将取决于最高能量CR如何被FS加速和逃逸的仍然不确定的细节。基于形态学和其他限制，我们认为无论CR逃逸的细节如何，SNR RX J1713.7-3946的10^4兆太阳π衰变场景都是极不可能的。重要的是，即使CR电子主导GeV-TeV发射，CR离子的有效产生是我们轻子模型的重要组成部分。
2011-09-05 astro-ph.HE
Exploring particle escape in supernova remnants through gamma rays
在超新星遗迹（SNR）冲击波中加速的粒子逃逸过程是冲击波加速理论中知之甚少的一个方面。本文采用唯象的方法研究了中年信噪比内外强子碰撞产生的粒子逃逸及其对γ能谱的影响。在假设，在空间区域直接以外的残留物的扩散系数被抑制相对于平均银河系的，我们表明，一个显着的部分粒子仍然位于SNR内的长时间后，他们的名义释放的加速区域。这一事实导致伽马射线光谱类似于一个破碎的幂律，类似于在几个中年SNR中观察到的。在突变点以上，谱陡化由SNR外的扩散系数和最大能量的时间依赖性决定。因此，模型预测和实际数据之间的比较将有助于确定这两个量，前者是特别相关的预测内的伽马射线发射的逃逸粒子周围的信噪比，可以检测到未来的切伦科夫望远镜设施的光环。我们还计算了单个残骸注入银河系的逃逸粒子的光谱。假设在SNR进入扫雪阶段之前加速度停止，我们证明了只有当加速谱的斜率α> 4时，释放的谱才是无特征的幂律。
2019-10-10 astro-ph.HE
TeV gamma-rays from UHECR interactions in AGN cores: Lessons from Centaurus A
TeV的伽马射线已经从耀变体以及像M87和Cen A这样的射电星系中观测到。在轻子模型中，超过对产生阈值的伽马射线可以从超相对论性喷流中逃逸，因为与各向同性发射所需的那些相比，大的洛伦兹因子降低了背景光子密度。在这里，我们讨论一个替代方案，VHE光子产生的次级从UHECR相互作用的活动星系核。我们表明，TeV的伽马射线可以逃脱的核心，尽管大的红外和紫外背景。对于特殊的情况下，岑A，我们研究，如果各种现有的观测从远红外线的UHE范围内可以调和在这张照片。
2010-04-29 astro-ph.HE
The lifetime of cosmic rays in the Milky Way
估算宇宙射线在银河系中停留时间的最可靠方法是研究不稳定核（如铍-10）的通量因衰变而受到的抑制，这些核具有适当的持续时间。宇宙线同位素谱仪合作组测量了能量范围E_0 \simeq 70-145 MeV/核子的铍-10和铍-9通量之间的比率，并利用这些数据估计了逃逸时间tau_{ esc} = 15.0 +- 1.6 Myr。这个被广泛引用的结果是在一个简单的漏箱模型的框架下得到的，在这个模型中，银河系中稳定粒子的逃逸时间和年龄的分布是相同的，并且具有指数形式。一般来说，逃逸时间和年龄分布不一致，它们不是唯一的（因为它们取决于注入点或观察点），并且不具有简单的指数形状。因此，有必要在一个比漏盒模型更一般、更现实的框架内讨论铍比的测量。在这项工作中，我们计算的逃逸时间和年龄分布的宇宙射线在银河系中的扩散模型的基础上，是更现实的比简单的漏盒，但仍然足够简单，有精确的解析解。使用模型的年龄分布来解释铍-10抑制的测量结果，人们得到的宇宙射线停留时间比漏盒估计的要长得多（2到4倍，取决于宇宙射线晕的扩展）。这个修正后的停留时间意味着产生银河宇宙射线所需的能量按比例减少。
2014-07-19 astro-ph.HE
Probing cosmic ray escape from η Carinae
本文利用Fermi-LAT数据研究η Carinae逃逸宇宙线与周围物质的相互作用，发现其对系统γ射线辐射有显著贡献，并探测到分子云超出辐射，表明可能存在其他宇宙线源。
2023-09-07 astro-ph.HE
Diffuse Galactic Gamma Rays from Shock-Accelerated Cosmic Rays
激波加速粒子通量\propto p^-s，其中p是粒子动量，这是从简单的理论考虑得出的，即在非相对论性激波下宇宙射线加速，然后依赖于刚性逃逸到星系晕中。当考虑核生产模型的不确定性时，s ~ 2.8的冲击加速宇宙射线质子通量提供了对高纬度和分子云气体的费米-LAT伽马射线发射谱的充分拟合。Neronov，Semikoz，& Taylor（PRL，108，051105，2012）在拟合高纬度分子云的伽马射线谱时声称宇宙射线质子谱的断裂是使用由动能的幂律描述的宇宙射线质子通量的结果。
2012-08-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Slow Diffusion of Cosmic-Rays around a Supernova Remnant
我们研究了在超新星遗迹（SNR）加速的宇宙射线质子逃逸。我们感兴趣的是当它们离开被加速的激波邻域，但仍在信噪比附近时，它们在星际介质中的传播，它们的能量密度高于平均星际介质中的能量密度。利用蒙特卡罗模拟，我们发现，如果ISM是高度电离的，能量<~TeV的宇宙射线在SNR附近激发的阿尔芬波的SNR本身的规模。因此，即使宇宙射线可以离开激波，波的散射也会阻止它们进一步远离SNR。宇宙射线形成一个缓慢膨胀的宇宙射线泡，它们在SNR周围停留很长时间。这意味着宇宙射线实际上无法从SNR中逃逸，直到SNR演化的相当后期阶段。这与Fermi和H.E.S.S.意见。
2010-02-25 astro-ph.HE
Self Regulated Shocks in Massive Star Binary Systems
在早型大质量双星系统中，X射线亮激波是由谱线跃迁上的辐射压力驱动的星风强烈碰撞产生的。我们研究的影响，从风-风碰撞冲击的辐射驱动的恒星风使用稳态模型，包括一个参数化的线力与X射线电离的依赖性的X射线。我们的主要结果是，X射线辐射的冲击抑制风的加速，并可能导致较低的冲击前的速度，和相应的较低的冲击等离子体温度，但内在的X射线亮度的冲击，LX仍然基本上没有改变，除了一个温和的增加，在小的二元分离。由于来自冲击的电离X射线和风驱动之间的反馈回路，我们将这种情况称为自调节冲击。这种效应被发现，大大增加的范围内的二进制分离的风光球碰撞很可能发生在系统中的两个风的动量显着不同。此外，靠近冲击的过量X射线电离水平完全抑制了线力，我们认为这可能会使辐射制动效果较差。模型结果与观测结果的比较显示，在对数（LX/Lbol）方面的合理协议。包含自我调节冲击改善匹配kT值在大致相等的风动量系统，但有一个系统的偏移不相等的风动量系统（如果被认为是风光球碰撞）。
2013-02-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
The relation between post-shock temperature, cosmic-ray pressure and cosmic-ray escape for non-relativistic shocks
超新星遗迹被认为是银河系宇宙射线的主要来源。这需要至少5%的可用能量被转移到宇宙射线中，这意味着超新星遗迹冲击波下游的宇宙射线压力很高。最近，它已被证明，下游的温度在一些残余物是低的相比，测得的冲击波速度，这意味着额外的压力支持加速粒子存在。在这里，我们使用一个双流体热力学方法来推导激波后分数宇宙射线压力和激波后温度之间的关系，假设没有额外的加热以外的绝热加热的冲击前兆和所有的非绝热加热发生在亚激波。推导出的关系表明，只有当大量的入射能流从系统中逃逸出来时，才有可能产生高分数的宇宙射线压力。最近在超新星遗迹RCW 86中测量了一个激波的速度和下游质子温度。我们应用双流体的解决方案，这些测量和发现，下游的分数宇宙射线压力至少是50%，宇宙射线的能量通量逃逸至少20%。一般来说，为了让5%的超新星能量进入加速的宇宙射线，平均来说，冲击后宇宙射线压力需要达到30%，有效的宇宙射线绝热指数为4/3。
2013-09-18 astro-ph.HE
Gamma radiation from cosmic rays escaping a young supernova remnant: The case of Cas A
利用LHAASO对Cas A周围伽马射线的观测，约束粒子逃逸过程，计算逃逸宇宙射线谱，区分瞬时最大能量与积分谱抑制能量，证实该遗迹非PeVatron。
2025-09-10 astro-ph.HE
The self-control of Cosmic Rays
最近有几条独立的信息暗示，宇宙射线在控制其自身的传输过程中扮演着重要的角色，包括在源内部和周围的传输过程，以及在银河系尺度上的传播过程，甚至可能在它们逃离银河系的过程中。我将讨论这个话题，特别注意理论含义和可能的额外观测证据，我们可能会寻求与即将到来的实验。
2019-05-27 astro-ph.HE
Rigidity dependence of cosmic ray escape length in the Galaxy obtained from a comparison of proton and iron spectra in the range 3-3000 GV
简单的漏盒模型的宇宙射线在银河系中的传播是相当适合于处理数据的宇宙射线核的能量谱和成分在E？1 GeV [1，2]。在漏盒模型中，宇宙线在银河系中传播的全部信息被压缩成单个参数--逃逸长度，表征宇宙射线从源到地球的物质的平均克数。本文分析了过去收集的质子和铁宇宙线谱的世界数据（HEAO，CRN等）。和最近的一系列电子实验（ATIC，CREAM，MS，BESS，Tracer等）。并且从测量的质子/铁比的刚性依赖性获得逃逸长度的刚性依赖性，R（R）= R^（-0.47 \pm -0.03）。这与用标准方法估算的次生/初生核比值相当吻合。但在R > 300 GV时，γ（R）的行为发生了明显的变化，这可以（解释的变体）指出宇宙线源中质子/铁比的变化。
2010-12-13 astro-ph.HE
TeV Electron Spectrum for Probing Cosmic-Ray Escape from a Supernova Remnant
产生宇宙射线（CR）及其光谱的最基本但不确定的过程之一是加速粒子如何逃逸到星际空间。我们认为，能量>~TeV的CR电子能谱可以作为CR核和γ射线的补充，提供一个直接探测CR逃逸的方法。我们计算的电子光谱从一个年轻的脉冲星嵌入在超新星遗迹（SNR），如船帆座，考虑到能量依赖的CR逃逸。SNR将加速并因此限制能量高达10^{15.5}eV的粒子。只有高能粒子可以首先逃逸，而较低能量的粒子被限制并随后释放。那么观测到的电子光谱应该有一个低能量截止，其位置标志着脉冲星/SNR的年龄。在$\gtrsim {\rm TeV}$能量窗口中可观察到低能量截止，其中由于电子的快速冷却，预计其他污染源很少。如果低能量截止接近于高能量内禀或冷却中断，则光谱看起来类似于暗物质湮灭线。未来的实验如CALET和CTA将能够直接检测CR逃逸特征，从而揭示CR的起源。
2011-01-13 astro-ph.HE hep-ph
Interaction of escaping cosmic rays with molecular clouds
研究从加速器逃逸的宇宙射线产生的伽马射线辐射至关重要，原因（至少）有两个：第一，探测这些伽马射线光子可以用来确定宇宙射线的来源;第二，这种辐射的特性限制了宇宙射线在星际介质中传播的方式。本文综述了该领域的研究现状。
2013-04-03 astro-ph.HE
Origin of the Ultrahigh-Energy Cosmic Rays and their Spectral Break
皮埃尔·俄歇天文台观测到的能量在宇宙线踝以上的高能宇宙射线（UHECR）的能谱、成分和到达方向，如果假设其起源于河外，则会出现不一致的情况。然而，它们的观测特性，是那些由银河系伽马射线暴中发射的高度相对论性喷流加速的UHECR所预期的，其中大部分都是从地球发射的。如果这种替代解释是正确的，那么在50 EeV附近观察到的UHECR能谱的断裂不是Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止，而是来自银河系的高能铁宇宙射线自由逃逸的能量阈值，并且高于它们各自的自由逃逸阈值能量，UHECR核应该指向它们的银河系源或它们的残余，而不是GZK视界内的活动星系核（AGN）。
2011-06-21 astro-ph.HE hep-ph
Leaking Outside the Box: Kinetic Turbulence with Cosmic-Ray Escape
本研究通过三维粒子网格模拟，在考虑宇宙射线逃逸的强湍流对等离子体中，实现了稳态非热粒子加速，能量达希拉斯极限，并发现高磁化强度下逃逸宇宙射线占耗散能量过半。
2025-07-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Evidence for protons accelerated and escaped from the Puppis A region using \textit{Fermi}-LAT observations
Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）；INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo（意大利国家天体物理研究所巴勒莫天文台）；CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, Université de Paris（法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、巴黎萨克雷大学、巴黎大学）；Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie（巴黎大学、法国国家科学研究中心、高能粒子与宇宙学研究所）；Nagoya University（名古屋大学）；Gifu University（岐阜大学）；Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理学研究所）；Max-Planck Institut für Radioastronomie（马克斯·普朗克射电天文研究所）
本文分析了Puppis A超新星遗迹14年的Fermi-LAT观测，发现其$γ$射线形态不对称且两侧发射均呈强子起源，并在遗迹外发现逃逸宇宙射线产生的$γ$射线超出，估算逃逸总能量约$1.5 \times 10^{49}$ erg。
2025-07-15 astro-ph.HE
Cosmic rays in early star-forming galaxies and their effects on the interstellar medium
具有强烈恒星形成的高红移星系是高能宇宙射线的来源。这些宇宙射线与银河系环境的重子和辐射场通过光对、光π介子和质子-质子过程相互作用，产生带电和中性π介子、中子和质子。因此，宇宙射线在传播时将能量储存在星际介质中。我们展示了如何超高能宇宙射线的能量传输和沉积是由星系的演化，特别是由银河系磁场的发展。我们展示了粒子驱动的能量沉积如何影响宿主及其周围环境的热演化。利用一个参数化的原星系模型，我们计算了当星系的磁场演化越来越限制宇宙射线时，对ISM的加热效应。
2017-08-22 astro-ph.HE
Evidence for Cosmic-Ray Escape in the Small Magellanic Cloud using Fermi Gamma-rays
星系形成的模拟表明，宇宙射线（CR）的反馈可能是重要的发射银河尺度的风。CR质子占主导地位的CR人口的大部分，但CR反馈的大多数观测约束来自CR电子的同步辐射。在本文中，我们提出了一个105个月的费米伽马射线太空望远镜观测的小麦哲伦云（SMC）的分析，目的是探索CR反馈和运输的外部星系。我们制作地图的2-300 GeV的排放量和检测统计上显着的，延长发射沿酒吧和机翼，活跃的恒星形成正在发生。在13 GeV以上没有检测到伽马射线发射，我们对高于这个能量的通量设置了严格的上限。我们发现最适合的伽玛射线谱是一个单组分模型与指数$Γ=-2.11\pm0.06\pm0.06$和指数截止能量的$E_{\rm c} =13.1\pm5.1\pm1.6$ GeV的幂律。我们评估的相对贡献的发射，和我们发现，发射可能会产生高达14 $^{+4}_{-2}$ %以上的通量100兆电子伏的。因此，我们属性的大部分伽马射线发射（基于其光谱和形态）CR与ISM的相互作用。我们表明，SMC的伽马射线发射率是5倍小于银河系，SMC是远远低于量热极限，所有CR质子的经验π介子损失。我们解释这些研究结果的证据表明，CR逃脱SMC通过平流和扩散。
2018-07-17 astro-ph.HE
A self-consistent interpretation of the GeV-TeV emission from a distant blazar PKS 1424+240
我们提出了一个自洽解释遥远blazar PKS 1424+240的GeV-TeV能谱的方案。在这种假设中，我们假设耀变体喷流中存在超高能质子，它们通过相对论质子和由$pγ$相互作用产生的成对级联的同步辐射产生γ射线，同时，其中一些超高能质子可能从喷流中逃逸并注入星系际空间。因此，我们假设UHE宇宙射线（CR）起源于喷流中的相对论质子，并使用能量无关的逃逸时间尺度来获得UHECR注入谱。计算了由源注入的γ射线和由耀变体发射的UHECR在星系际空间传播过程中与光子背景相互作用产生的次级γ射线的贡献。我们的结果表明，这种方案是能够再现的GeV-TeV的光谱PKS 1424+240自洽在广泛的红移范围$0.6<z<1.3$。所需的相对论性喷流功率$L_p\simeq3\times10^{46}\ \rm erg\ s^{-1}$仅适度地依赖于假设的源红移，而质子逃逸时间尺度（和注入的UHECR光度）强烈地依赖于$z$。我们比较了积分TeV通量预测在我们的方案与计划切伦科夫望远镜阵列（CTA）的灵敏度，并讨论了对未来观测的影响。
2015-02-26 astro-ph.HE
Lévy Flights and Leaky Boxes: Anomalous Diffusion of Cosmic Rays
Department of Physics, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）
本文通过蒙特卡洛模拟证明，宇宙射线在有限星系中的反常扩散（超扩散和次扩散）是瞬态现象，最终会因截断而收敛到高斯统计，并提出了替代的稳健诊断度量。
2025-03-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
A filamentation instability for streaming cosmic-rays
我们证明了宇宙射线由于自身产生的磁场而在超新星遗迹激波的前兆中形成了类似的结构。宇宙线的折射导致长波长不稳定性的增长，自然地将小尺度上的快速非线性放大耦合到更大的长度尺度上。混合磁流体动力学-粒子模拟进行确认的效果。由此产生的大尺度磁场可能会促进高能宇宙射线的散射，这是在超新星遗迹冲击波中加速宇宙射线谱中超过膝盖的质子所必需的。在激波上游很远的地方形成的丝状体也可能有助于宇宙射线从加速器中逃逸。
2011-09-26 astro-ph.HE
UHECR escape mechanisms for protons and neutrons from GRBs, and the cosmic ray-neutrino connection
伽马射线暴（GRB）火球是超高能宇宙射线（UHECR）源的假说正受到中微子观测的验证。非常严格的界限可以从宇宙射线（质子）-中微子的连接，假设UHECR作为中子逃逸。在这项研究中，我们确定了三种不同的制度作为火球参数的函数：标准的“一个中微子每宇宙射线”的情况下，光学厚（中子逃逸）的情况下，和情况下，从壳的边界（直接逃逸）的质子泄漏占主导地位。在光学厚的区域，光生子的产生非常有效，每一条宇宙射线将比标准情况下发射更多的中微子，而在直接逃逸主导的区域，发射的宇宙射线将比中微子多。我们证明，有效的质子加速，这是需要描述所观察到的UHECR谱，标准的情况下，只适用于一个非常狭窄的区域的火球参数空间。我们用几个观测到的例子说明，宇宙线-中微子连接的结论将取决于实际的爆发参数。我们表明，目前使用的冰立方合作的π介子生产效率的定义低估了中微子生产的光学厚的情况下。最后，我们指出，直接逃逸成分导致从一个单一的源发射的宇宙射线光谱的光谱中断。由此产生的“双组分模型”可以用来更强烈地发音比倾角模型所观察到的UHECR光谱的光谱特征。
2013-03-25 astro-ph.HE hep-ph
Self-confinement of low-energy cosmic rays around supernova remnants
超新星遗迹长期以来被认为是银河系宇宙射线源的一个有希望的候选者。然而，由于宇宙射线在其加速点附近的过密度可能导致自约束，即产生湍流，这些粒子在湍流上散射，因此对这些源周围的宇宙射线传输进行建模是复杂的。这种高度非线性的问题可以通过数值求解描述逃逸粒子和湍流等离子体波在空间和时间上的演化的耦合微分方程来解决。在这项工作中，我们主要集中在传播的宇宙射线从超新星遗迹在温暖的电离和温暖的中性阶段的星际介质，并提出了一个扩展的框架，考虑到能量损失的影响也为宇宙射线的能量低于10 GeV。有趣的是，低能宇宙射线的扩散系数在从激波逃逸后的几十万年内可以被抑制高达2个数量级。超新星遗迹外的宇宙射线光谱在足够晚的时间内低于1 GeV，这让人想起旅行者号观测到的光谱行为。我们还发现，克重积累的源周围是不可忽略的，具有重要意义的精确拟合的宇宙射线光谱。
2021-12-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the shape of the spectrum of cosmic-rays accelerated inside superbubbles
超新星遗迹被认为是银河系中宇宙射线的主要来源。由于它们的祖先通常聚集在OB协会中，因此必须考虑加速过程中集体效应的可能性。在这项工作中，我们调查的形状的光谱质子加速内的超级气泡吹周围的大质量恒星的集群。要做到这一点，我们嵌入半分析模型的粒子加速和运输内的蒙特卡罗模拟OB协会的时间表。我们认为，在超新星遗迹的冲击波前的定期加速，以及随机的再加速和逃逸之间发生的冲击。我们观察到，粒子光谱，虽然强烈间歇，得到一个独特的形状，从加速和逃逸之间的竞争：他们是在最低的能量和最高的能量软。这种光谱断裂发生的动量取决于一个单一的无量纲参数，我们评估的对象的选择。超级气泡的加速行为取决于磁场的扰动：如果B值很低，超级气泡只是一系列超新星冲击的宿主，但如果B值足够高，它就像一个全局加速器，产生独特的光谱。这对这些物体的高能发射具有重要意义。
2009-12-24 astro-ph.HE
Gamma-ray and radio background constraints on cosmic rays in Milky Way circumgalactic medium
研究了宇宙射线（CR）与银河系弥散环星系气体相互作用产生的强子$γ-$射线辐射和射电同步辐射。我们的目标是约束我们的环银河系介质（CGM）的帮助下，所观察到的各向同性$γ$射线背景（IGRB），其各向异性和无线电连续的CR人口。我们修改了不同的模型CGM气体在流体静力平衡中讨论的文献中，包括宇宙线人口，参数化$η\equiv P_{\rm CR}/P_{\rm th}$。对于最简单的等温模型，虽然IGRB强度允许$η\lesssim 3$，但太阳系偏离中心位置（MW）导致的各向异性排除了所有$η$值。对于沉淀模型，其中CGM气体的冷却以冷却时间与自由下落时间的最佳比率进行调节，而观察到的IGRB强度允许$η\lesssim 230$，观察到的各向异性仅允许非常大的$η$值，为$\gtrsim 100$。射电连续谱限制了降水模型的$η\lesssim 400$，并且不约束等温模型，然而，这些约束通过与CR扩散时间尺度相当的同步辐射损失时间来减轻。这些界限是相关的，目前的数值模拟表明一个显着的CR人口CGM星系MW质量。
2020-10-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Time-dependent cosmic-ray escape from wind bubbles: hard spectra formation
University of Wuppertal（伍珀塔尔大学）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；INAF, Istituto Nazionale di Astrofisica, Osservatorio Astronomico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所，阿切特里天文台）；Astroparticule et Cosmologie, Universite Paris Cité（巴黎西岱大学，粒子与宇宙学实验室）
研究风泡中宇宙射线的时间依赖逃逸，通过求解含时输运方程发现逃逸谱可硬于E^{-2}，且低能粒子可能被显著抑制，为多信使观测提供特征。
2026-09-16 astro-ph.HE
The spectrum of Cosmic Rays escaping from relativistic shocks
我们推导出了在减速相对论激波中加速并在激波之前逃逸的宇宙射线（CR）的时间积分谱的表达式。假设在任何给定时间，CR具有幂律形式，携带恒定比例的冲击等离子体的能量E_tot，并以可达到的最大能量连续逃逸。逃逸粒子的谱对瞬时谱指数高度敏感，这是因为最小能量E_min ~ Γ^2 m_pc^2（其中Γ是激波洛伦兹因子）随时间变化。特别是，逃逸谱可能比正则N（E）\propto E^-2谱要硬得多。对于膨胀到密度为n的等离子体中的激波，在跃迁到非相对论速度时可获得的最大能量处，预计会出现谱裂，E ~ 10 ^19（ε_B/0.1）（n/1 cm^-3）^（1/6）（E_tot/10 ^51 erg）^（1/3）eV，其中ε_B是磁场携带的能通量的分数。如果超高能量的CR是在恒星质量天体爆炸产生的相对论性冲击波减速过程中产生的，那么它们的产生谱可能与正则N（E）\propto E^-2不同。
2010-09-22 astro-ph.HE
Unified model for cosmic rays above $10^{17}$ eV and the diffuse gamma-ray and neutrino backgrounds
我们调查如何在“逃逸模型”中得到的河外质子成分可以解释天体物理来源。我们认为可能的宇宙线（CR）源正常/星暴星系和射电大声活动星系核（AGN）。我们发现，从正常和星暴星系的河外质子总流量的贡献是次显性的，并不适合逃逸模型推导出的光谱形状。在无线电响亮AGN的情况下，我们表明，完整的河外质子谱可以解释由一个单一的源人口，BL Lac/FR I，在这些来源的任何潜在的加速网站。我们计算了这些CR质子与其源内气体相互作用产生的扩散中微子和$γ$射线通量。对于光谱斜率的CR接近$α=2.1-2.2$建议的冲击加速，我们发现，这些UHECR源贡献的各向同性$γ$射线背景和冰立方观测到的天体物理中微子信号的河外部分的主要部分。
2015-10-15 astro-ph.HE
Investigating the CREDIT history of supernova remnants as cosmic-ray sources
Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology (TTK), RWTH Aachen University（亚琛工业大学理论粒子物理与宇宙学研究所）
本文提出CREDIT情景，利用超新星遗迹中能量依赖的逃逸特征，通过蒙特卡洛模拟和决策树方法，以高显著性识别单个超新星遗迹对局地宇宙线通量的贡献。
2025-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic ray acceleration in young supernova remnants
我们调查的外观磁场放大产生的宇宙射线逃逸电流的背景下，超新星遗迹冲击波。电流与宇宙射线的最大能量成反比，并且是激波速度的强函数。取决于冲击波的演变，这是截然不同的不同的环周环境，所需的最大能量的宇宙射线产生足够的电流，以触发非共振混合不稳定性，限制宇宙射线遵循不同的演变，并达到不同的值。我们发现，加速宇宙射线到~几PeV能量的最佳候选者是致密环境中的年轻残余物，例如红超巨星风，这可能适用于仙后座A。我们还发现，对于一个典型的背景磁场强度为5 microG的不稳定性是淬火在约1000年，使SN 1006只是在边界的候选人宇宙射线加速到高能量。
2013-07-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Reacceleration of Galactic Cosmic Rays Beyond the Knee at the Termination Shock of a Cosmic-Ray-Driven Galactic Wind
本文提出星系风模型，研究银河宇宙线在约200 kpc处星系风终端激波上的扩散激波再加速机制，发现可获得10-40 PV刚度并解释IceCube/IceTop质子能谱的一半，同时指出逃逸粒子可被星系际激波进一步加速。
2023-01-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi-LAT detection of extended gamma-ray emission in the vicinity of SNR G045.7$-$00.4: evidence for escaping cosmic rays interacting with the surrounding molecular clouds
本文分析了射电超新星遗迹（SNR）G045.7 $-$ 00.4附近的费米大面积射电望远镜（LAT）γ射线辐射数据。为了研究伽玛射线辐射的起源，我们还利用银河成像卷轴画的CO测量数据研究了SNR周围的大质量分子气体复合体。GeV辐射的整体大小明显大于射电形态。在3 GeV以上，GeV的辐射被分解成两个源：一个是空间一致的SNR的位置与无线电发射的大小相媲美，另一个是位于SNR的西部边界之外，空间上与周围分子云的密集区域相一致。我们认为西方源的GeV辐射可能来自于逃逸SNR并照亮周围分子云的宇宙射线。我们发现，西部源的伽马射线谱可以一致地解释这种情况下，总能量为$\sim 10^{50}{\rm erg}$在逃逸CR假设逃逸是各向同性的。
2021-11-15 astro-ph.HE
Investigating the CREDIT history of supernova remnants as cosmic-ray sources
本文提出宇宙线能量依赖注入时间（CREDIT）情景，利用超新星遗迹能量依赖逃逸产生的窄刚度通量特征，并结合 Monte Carlo 模拟与决策树识别单个超新星遗迹宇宙线源。
2025-02-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Feedback-regulated Seed Black Hole Growth in Star-Forming Molecular Clouds and Galactic Nuclei
本研究通过数值模拟探究恒星形成巨分子云中吸积黑洞的反馈对种子黑洞超爱丁顿吸积的影响，发现反馈可调控种子黑洞最大质量增长，且恒星质量黑洞能在约百万年内快速形成中等质量黑洞。
2024-09-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Escape of Secondary Cosmic-Ray Positrons Produced in a Supernova Remnant
讨论了超新星遗迹激波中强子相互作用产生的次级粒子，特别是正电子的加速和逃逸。在冲击加速过程中，质子会与周围的气体相互作用，产生带电的次级粒子，这些次级粒子也会在SNR中加速，并以宇宙射线（CR）的形式注入星际介质。一些先前的研究表明，在SNR冲击产生的正电子谱比初级质子谱更硬，并提出PAMELA观察到的正电子过剩可以用这个过程来解释。根据能量依赖的CR逃逸唯象模型，计算了CR质子和次级CR正电子从SNR逃逸到星际介质的能谱。我们表明，与先前提出的结果相反，在SNR中产生的次级CR粒子的观测光谱将比初级CR粒子的光谱更软，这意味着该模型不能再现正电子分数的上升。
2012-10-31 astro-ph.HE
Gamma rays from the quasar PKS 1441+25: story of an escape
伽马射线类星体的爆发提供了对活动星系核的相对论喷流和对充满宇宙的漫射辐射场的约束的见解。从遥远的类星体探测到超过100 GeV的显著辐射将表明，一些辐射的伽马射线逃脱了与低能光子的成对产生相互作用，无论是河外背景光（EBL），还是位于喷流底部的超大质量黑洞附近的辐射。VERITAS在2015年4月期间从PKS 1441+25（z=0.939）探测到高达200 GeV的伽马射线发射，这是所有波长的高活动期。对PKS 1441+25的观测表明，发射区位于距离黑洞数千史瓦西半径的地方。伽马射线探测还对近紫外到近红外EBL强度设定了严格的上限，这表明星系巡天已经解决了这些波长的大多数（如果不是全部的话）EBL源。
2015-12-14 astro-ph.CO astro-ph.HE
Ultra-high-energy cosmic rays from ultra-fast outflows of active galactic nuclei
本研究利用3D CRPropa模拟探讨活动星系核超快外流作为超高能宇宙射线来源的潜力，发现极端UFO能加速并释放高能粒子，其作用可通过中微子望远镜验证。
2025-05-30 astro-ph.HE
Formation of the cosmic-ray halo: Galactic spectrum of primary cosmic rays
本文提出了一个银河系盘周围的一维宇宙线晕的自洽模型。结果表明，MHD波的湍流级联在晕的形成中不一定起重要作用。相反，随着到磁盘的距离的阿尔芬速度的增加导致一个有效的通用机制的湍流红移，增强CR散射的自生MHD波。其结果是，计算的CR晕在较低的能量的大小是由晕鞘，一个能量依赖的区域周围的磁盘超过CR逃逸成为纯粹的平流。在足够高的能量下，晕圈的大小由电离气体分布的特征厚度决定。计算的银河系质子光谱与观测结果非常吻合，再现了~ 0.6 TeV处的光谱突变位置和~ 10 TeV的光谱形状。
2020-09-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Modelling the Gamma-Ray Morphology of HESS J1804-216 from Two Supernova Remnants in a Hadronic Scenario
HESS J1804-216是迄今为止发现的最明亮但最神秘的TeV伽马射线源之一。先前对这个TeV伽马射线源周围的星际介质（ISM）进行的弧分尺度研究表明，HESS J1804-216可能是由成熟的超新星遗迹（SNR）或脉冲星提供动力的，因此它的起源仍然不确定。在本文中，我们专注于扩散逃逸宇宙射线质子从潜在的SNR加速器。这些宇宙射线与ISM相互作用产生TeV伽马射线。我们利用从壳层逸出的粒子的各向同性扩散方程解来模拟质子进入ISM的能量依赖性逸出和传播。这项工作是第一次尝试模拟HESS J1804-216的伽马射线的空间形态，使用了Mopra和南银河平面巡天的弧分ISM观测。给出了附近两个潜在SNR对应物SNR G8.7-0.1和PSR J1803-2137的原始SNR的伽马射线光谱和空间分布。我们改变扩散参数和粒子谱，并使用网格搜索方法来找到模型参数的最佳组合。我们的结论是，适度缓慢的扩散是必要的两个候选人。最有希望的候选人是供电的TeV伽马射线从HESS J1804-216在强子的情况下是祖SNR的PSR J1803-213。
2022-01-27 astro-ph.HE
